Winmostar チュートリアル LAMMPS ポリマー界面 V7.010 株式会社クロスアビリティ question@winmostar.com 2017/1/26
ポリマー界面系概要 本演習の流れは以下のとおりである 1 接合用セルを作製ポリマーツールを使って PE( ポリエチレン ) と PP( ポリプロピレン ) のポリマーセルを作成する 2 接合条件設定接合面 (ab 面 bc 面 ca 面 ) と接合方向を指定する 3 積層数指定と接合実施接合面の積み重ね数 およびセル 1 セル 2 各々の積層数を指定して接合する 4 LAMMPS による計算実行界面系の MD 計算を実行する 1 接合用セルを作製 PE セル作成 PP セル作成.mol2.mol2 2 接合条件設定 3 積層数指定と結合実施.mol2 LAMMPS 実行 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 2
I. 環境設定 II. III. Contents ポリマーツールを用いた接合用セルの作製 界面ビルダーの呼び出し IV. MD セル選択 V. 接合条件設定 VI. 積層数指定と接合実施 VII. LAMMPS 実行 1(minimize) VIII. LAMMPS 実行 2( 温度一定 MD) IX. LAMMPS 実行 3( 温度圧力一定 MD) X. 3D 表示 ( 温度 圧力一定 MD) 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 3
I. 環境設定 LAMMPS 及び Cygwin の入手とセットアップ以下のリンク先の Windows 版 LAMMPS のインストール手順 に従い LAMMPS および Cygwin をセットアップする https://winmostar.com/jp/manual_jp.html ポリマーツールの設定 [MD]->[ ポリマー ]->[ 設定 ]( 下図 ) で 必要に応じてモノマーファイル ( 拡張子.wmo) とポリマーファイル ( 拡張子.wpo) の格納フォルダを指定する 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 4
II. ポリマーツールを用いた接合用セルの作製 PE モノマー登録 エタン (C 2 H 6 ) をメイン画面上で作成する MOPAC 計算を行った後 *1 重合した際に隣のモノマーと結合する 2 箇所を続けて左クリックする [MD]-[ ポリマー ]-[ モノマー登録 ] にて Name に PEq と入力し OK をクリックする 登録が成功した旨を伝えるダイアログが出現するので OK をクリックする *1 点電荷に MOPAC の Mulliken 電荷以外を利用する場合は RESP 電荷などを計算する https://winmostar.com/jp/tutorials/v7/md_tutorial_1(build_cell)v7.pdf ( 補足 ) 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 5
II. ポリマーツールを用いた接合用セルの作製 PE 鎖の作成 [MD]>[ ポリマー ]>[ ホモポリマービルダ ] を用いて 32 量体の PE 鎖を作成する Polymer Name に PEq32 Degree に 32 と入力し Monomer List で PEq を選択した後 Build をクリックし Close する 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 6
II. ポリマーツールを用いた接合用セルの作製 PE セルの作成 2 1 3 1 [ ポリマーセルビルダ ] を起動し ( 左図 ) Cubic Cell のチェックを外す 2 Density を 0.5 とし X-Axis Length と Y-Axis Length を 40Å に設定する 3 周期境界条件の Z のチェックを外す *1 4 左リストからポリマー鎖名 PEq32 を選択し Number に 20 と入力する 5 Add をクリックし右リストに反映させる 6 (MPI 版 LAMMPS の場合 ) MPI のチェックを入れ proc(core 数 ) を指定する 7 Build をクリックし 名前を付けて保存 ウインドウで [UserData] 配下にファイル名を入力する (PEq32_20zw) 8 [ 保存 ] をクリックすると処理が開始される *2 得られたアモルファス構造はメイン画面に表示される *1 チェックあり : チェックを入れた方向の周期境界条件下で配置する チェックなし : チェックを入れた方向の壁内に収まるように配置する *2 処理に時間がかかることがある ( 数分 ) 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 7 4 6 7 5 4 7 8
II. ポリマーツールを用いた接合用セルの作製 PP 鎖の作成 プロパン (C 3 H 8 ) をメイン画面上で作成する MOPAC 計算を行った後 重合した際に隣のモノマーと結合する 2 箇所を続けて左クリックする PPq としてモノマー登録する [ ホモポリマービルダ ] を起動し Polymer Name は PPq20 重合度は 20 とし Monomer List から PPq を選択後 Build をクリックし Close する 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 8
II. ポリマーツールを用いた接合用セルの作製 PP セルの作成 1 2 赤字部分のみ PE と異なる 1 [ ポリマーセルビルダ ] を起動し ( 左図 ) Cubic Cell のチェックを外し Density を 0.5 とし X-Axis および Y-Axis Length を 40Å に設定する 2 周期境界条件の Z のチェックを外す *1 3 左リストからポリマー鎖名 PPq20 を選択し Number に 20 と入力する (PEq32 が残っている場合は [delete] で削除する ) 4 Add をクリックし右リストに反映させる 5 Build をクリックし 名前を付けて保存 ウインドウでファイル名を入力する (PPq20_20zw) 6 [ 保存 ] をクリックすると処理が開始される *2 得られたアモルファス構造はメイン画面に表示される *1 チェックあり : チェックを入れた方向の周期境界条件下で配置する チェックなし : チェックを入れた方向の壁内に収まるように配置する *2 処理に時間がかかることがある ( 数分 ) 3 5 4 3 5 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 9 6
III. 界面ビルダーの呼び出し メインメニューから [MD] [ 界面ビルダ ] を呼び出す 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 10
IV. MD セル選択 2Cell 1 選択ウインドウ 1 3Cell 1 のセル定数が表示される 4 3Cell 1 の構造が表示される 5 1 Cell 1 の [Browse] をクリックする 2 PE セルのファイル (PEq32_20zw.mol2) を選択する 3 Cell 1 のセル定数が表示され Winostar のモデリング画面に Cell 1 の構造が表示される 4 Cell 2 の [Browse] をクリックし PP セルのファイル (PPq20_20zw.mol2) を選択する 5 [Nest] をクリックする ( 次スライド ) 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 11
V. 接合条件設定 1 2 3 4 1 Direction で貼り合わせる方向を c-axis に指定する 2 接合面が完全一致していない場合は Adjust Interface にチェックを入れる 3 Interval で貼り合わせる 2 つのセルの間隔を 3Å に設定する 4 [Next] をクリックする ( 次スライド ) 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 12
VI. 積層数指定と接合実施 4 接合後のファイル名を入力 5 正常終了メッセージ 1 2 5 6 接合後の構造表示 3 4 1 Number of Cell 1 の a-axis, b-axis, c-axis にそれぞれ積層数を入力する 2 Number of Cell 2 に積層数を入力する なお指定した積層方向に応じて指定可能な軸は変化する 3 Lattice Constants にセル定数が表示される 4 [Build] をクリックし 接合後のファイル名 (PEq32_20zw_link_PPq20_20zw_2x2x1) を入力する 5 [ 保存 ] をクリックすると接合が実行され 正常終了した旨のメッセージウインドウが表示される [OK] をクリックする 6 Winostar のモデリング画面に接合後の構造が表示される 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 13
VII. LAMMPS 実行 1(minimize) 1 [MD]->[LAMMPS]->[ キーワード設定 ] 画面を開き ウインドウ右下の [Reset] ボタンを押す 2 [Options] タブを表示させ 必要に応じて MPI にチェックを入れて proc を指定する 3 [Force Field] タブを表示させ Force Field に Dreiding Charge に Use user-defined charge を指定する 4 ウインドウ左下の [OK] をクリックし [ キーワード設定 ] 画面を閉じる 5 [MD]->[LAMMPS]->[LAMMPS 実行 ] を選択し LAMMPS を起動する 6 [MD]->[LAMMPS]->[ エネルギー変化 ] で計算が正常に終了しているか確認する 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 14
VIII. LAMMPS 実行 2( 温度一定 MD) 1 2 3 1 [MD]->[LAMMPS]->[ キーワード設定 ] 画面を開き [.in File(1)] タブ内の Extending Simulation にチェックを入れる 2 [# of time steps] に 20000 と設定し [Ensemble] に nvt を選択する 3 [OK] をクリックし [ キーワード設定 ] 画面を閉じる 4 [MD]->[LAMMPS]->[LAMMPS 実行 ] を選択する 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 15
エネルギー変化の確認 ( 温度一定 MD) 温度変化 トータルエネルギー変化 [MD]->[LAMMPS]->[ エネルギー変化 ] で計算が正常に終了しているか確認する 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 16
IX. LAMMPS 実行 3( 温度圧力一定 MD) 1 2 1 31 1 [MD]->[LAMMPS]->[ キーワード設定 ] 画面を開き [.in File(1)] タブ内の Extending Simulation にチェックを入れる Generate Velocity のチェックを外す 2 [# of time steps] に 20000 と設定し [Ensemble] に npt を選択する 3 [OK] をクリックし [ キーワード設定 ] 画面を閉じる 4 [MD]->[LAMMPS]->[LAMMPS 実行 ] を選択する 計算時間の参考値 :12 分 02 秒 (6 コア ) 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 17
計算結果の確認 ( 温度圧力一定 MD) 温度変化 トータルエネルギー変化 体積変化 密度変化 [MD]->[LAMMPS]->[ エネルギー変化 ] で計算が正常に終了しているか確認する 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 18
X. 3D 表示 ( 温度圧力一定 MD) 4 2 3 3 1 1 [MD]->[LAMMPS]->[ トラジェクトリ読み込み ] ウインドウで [3D] をクリックする 2 [View]->[Preferences] を選択して Preferences ウインドウを起動する 3 [Rainbow] にチェックを入れ Mol. Weight を選択する 4 再生ボタン [ >] をクリックする 2017/1/26 Copyright (C) 2017 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved. 19
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